全 文 ：日圃目目团
猫须草总黄酮的超声提取工艺
汤须崇 ,叶静 ,徐伟 ,陈娴雯
华侨大学化工学院 ,福建 厦门 , 福建中医药大学药学院 ,福建 福州 ,
摘 要 利用响应面法对猫须草总黄酮的提取工艺进行优化 。在单因素试验墓础上 ,选择温度 、乙醇浓度和液
料比为自变量 ,总黄酮提取率为响应值 ,利用响应面分析法 ,研究各 自变量交互作用及其对总黄酮得率的影响 ,
模拟得到二次多项式回归方程的预测模型 。 猫须草总黄酮的提取工艺为温度 ℃ 、乙醉浓度 、液料比
。 在最优工艺条件下总黄酮得率为 。
关键词 猫须草 ,总黄酮 ,响应面法 ,超声提取
植物黄 酮 是一类低分 子天然活性
成分 ,厂泛`存在于药用植物 、水果和蔬菜中 ,包括黄
酮 、异黄酮 、黄酮醇等川 。研究表明黄酮类化合物具
有多种生物活性 ,如抗菌 、消炎 、清热解毒 、镇静 、利
尿 、抗氧化 、抗癌和抑制脂肪氧化酶等 〕。黄酮类化
合物的提取方法一般有有机溶剂提取法 、超临界流体
提取法 、超声波提取 法 、碱提酸沉淀法和微波提取法
等 一 。 日前应用最为广泛的是有机溶剂提取法 ,如
能将超声 、微波和酶与该法结合 ,不仅能提高效率 ,而
且能显著提高提取率 。猫须草
丫 又名肾茶 ,为唇形科肾茶属植
物 。该属植物全世界仅有 种 ,产于东南亚等国家 。
我国仅有猫须草一种 ,主要分布于广 东 、海 南 、云南 、
台湾及福建等一一〕。猫须草是一种药食两用的植物 ,
具有抗炎 、利尿 、排尿石 、改善慢性肾功能衰竭 、免疫
调节等多种药理学作用 ,主要化学成分有黄酮类 、酚
性化合物 、二枯类 、三枯类 、木脂素类 、色原烯类 、烷基
糖昔类 、街体皂昔类和葱醒类等 ,猫须草的脂溶性部
分主要以黄酮 为主川 。实验 以乙醇为提 取溶剂 ,采
用超声辅助的方法从猫须草中提取总黄酮类化合物 ,
研究猫须草中提取总黄酮的影响 因素 ,并采用响应面
法进行 工艺条件优化 ,从而为猫须草总黄酮的开发提
供指导 。
材料 与方法
材料与仪器
猫须草 , 采自福建三明 芦丁标准品 , 中国药品
第一作者 学十 助理实验师 。
福建省科技厅 重点项 目 一
收稿 期 一 一 ,改 期 一 一
生物制品检定所 无水乙醇 , 分析纯 ,中国国药集团 。
一 手提式 中药粉碎 机 , 青 山市三 宝中药
机械厂 数控超声波清洗器 , 昆山市超声
仪器有限公司 紫外分光光度计 , 上海美
谱达仪器有 限公 司 一 数显 恒温水浴锅 , 上海精
宏实验设备有限公 司 电子天平 , 上 海精密
科学仪器有限公司 。
实验方法
猫须草总黄酮的提取
将新鲜猫须草在 ℃下干燥 ,然后用药物
粉碎机粉碎并过 目筛 ,称取一定量的猫须草干粉 ,
℃干燥 ,使水分含量在 。准确称取原料粉
末 置人 锥形瓶中 ,加入一定浓度 、一定
量的乙醇溶液超声辅助提取 ,提取液趁 热抽 滤 ,将滤
液作为待测液进行含量的测定 。
标准曲线的绘制
精密称取芦丁标准品 ,用体积分数
乙醇定容至 ,配成 的芦 丁标 准
液 。分别取 标准 液 、 、 、 、 、 、
至 容量瓶中 ,先加体积分数 乙醇稀释
至 ,再加质量分数 亚硝酸钠 ,充分振
摇 ,放置 后 ,再 加质量 分数 硝酸铝 ,
充分振摇 ,放置 ,再加质量分数 的 溶
液 ,放置 巧 后 ,于 处测定 其吸光
值 吕〕。得到回归方程为 二十 ,矿
。
猫须草总黄酮的测定
取样品 稀释一定倍数后至 容量瓶
中 ,先 加 乙醇稀 释至 , 加 亚硝酸 钠
,充分振摇 ,放置 后 ,再加 硝酸铝 ,
充分振摇 ,放置 ,再加 ,放置
一
DOI :10.13995/j.cnki.11-1802/t s.2011.11.017
从图 可知 ,随超声温度的升高 , 总黄酮提取率
不断增加 ,当达到 ℃时 ,继续升温 ,总黄酮得率增
加不大 ,同时考虑到温度太高 ,乙醇挥发 ,所以取
℃作为最佳超声温度 。
液料比对总黄酮得率的影响
在乙醇浓度 ,超 声功 率 ,超 声 温度
℃条件下提取 ,考察不同液料比 、
、 、 、 对猫须草黄酮提取率 的影响 ,结
果见图 。
日几汤一
岁、辞鲜琐纽的砚
后 ,在 处测其吸光度 。按上面的回归方
程得出黄酮浓度 ,再由下式计算得率
猫须草总黄酮提取率 。 刀
式中 。,由回归方程计算出的黄酮浓度 ,
,提取液的体积 , ,稀释的倍数 评 ,猫须草粉
末质量 , 。
单 因素及响应面实验设计
采用超声辅助 ,乙醇萃取工艺可以加速细胞的破
碎 ,有利 于有效成分的溶出 ,实验利用超声波辅助 ,通
过对温度 、液料 比 、乙醇浓度 、超声功率 、超声时问以
及提取次数等影响猫须草总黄酮得率的因素进行单
因素实验 。为了分析各因素之间的交互作用对结果
的影响 ,分析参数影响因素 ,得到最佳 的提取工艺 ,试
验在单因素试 验结果 的基础上 ,确定提取次数 为
次 ,超声功率为 ,提取时间 ,采
用 一 设计 ,分别 以乙醇浓度 、超声温度 和
液料比这三个因素三个水平共计 巧 个实验点进行组
合实验设计 ,以总黄酮提取率为指标来确定超声提取
的最佳优化条件 。
表 响应面分析因素及水平
因素
水平 乙醇体积 提取温度 液料比
分数 ℃
一
液料比
图 液料比对黄酮提取率的影响
结果与讨论
单因素实验
超声温度对总黄酮得率的影响
在 乙醇体积分数 ,液料 比 ,超声 功率
,在不同超声温度 、 、 、 、 ℃ 条件下
提取 ,考察不同超声温度对猫须草黄酮得率的
影响 ,结果见图 。
由图 可知 ,随着溶剂量的增加总黄酮提取率
逐渐增大 ,当达到 时 ,提取率增加不 明显 ,如继
续增加液固比 ,将增加后续分离成本 。因此最合适的
液固比是 。
乙醇浓度对总黄酮得率的影响
液固比 ,超声波功率 , ℃条件下 ,超
声提取 ,考察不 同乙醇体积分数 、 、
、 、 对猫须草黄酮得率 的影响 ,结果见
图 。
呀理妞劝爵洛穿
乙醇休积分数
图 乙醇浓度对黄酮提取率的影响
︸门几匀凡工
孕、纽的并软属
飞
超声温度 ℃
图 超声温度对黄酮提取率的影响
由图 所示 ,总黄酮提取率 随乙醇浓度呈先增
加后减小的趋势 ,当乙醇体积分数在 ,黄酮提取
率有最大值 。这可能是乙醇浓度不 同 ,极性也不同 ,
乙醇的极性与猫须草的黄酮类化合物极性相似 ,
当乙醇浓度超过 时 ,一些脂溶性 的物质溶出增
加 ,影响了黄酮类物质的浸出 ,因此黄酮得率减少 。
一
日图目哥妇
享︸辞县理粗劝盗
最佳乙醇体积分数为 。
超声功率对总黄酮得率的影响
按液固比 、乙醇体积分数 、温度 ℃
的条件下 ,超声 ,考 察不 同超声 功率 、
、 、 、 对猫须草黄酮得率 的影响 ,
结果见图 。
提取次数
图 提取次数对黄酮提取率的影响
柑 洲` 只
超声功率
图 超声功率对黄酮提取率的影响
由图 可知 ,总黄酮提取率随着超声功率的增
加而增加 。因此 ,适宜的超声功率为 。
超声时间对总黄酮得率的影响
按液固比 、乙醇体积分数 、超声功率
、温 度 ℃的条 件 下 ,考察 不 同 的超 声 时 间
、 、 、 、 对猫须草黄酮得率的影响 ,结
果见图 。
由图 可知 ,随提取次数的增加 ,黄酮提取率也
增加 。从节省时间和材料的角度考虑 ,最佳提取次数
为 次 。
响应面实验
实验结果及预测值分析
固定提取次数为 次 ,功率为 ,提取时间
,采用 一 设计 ,分别以乙醇浓度 、超
声温度 、料液 比这三个因素三个水平 共计 巧 个实验
点进行组合实验设计的实验结果及其预测值见表 。
利用 一 软件对表 试验数据进行多
元回归拟合 ,获得超声波提取猫须草总黄酮得率对 自
变量乙醇浓度 、超声温度 和液料 比 的二
次多项回归模型方程为
一 一
一 一
其中 为猫须草总黄酮得率的预测值 , 、 、
分别为上述 个自变量的编码值 。
表 实验设计与结果
`肠川角科
水、膝县理纽幼吝
膝爵琐妞摸峨岁
序号 实验值提取率 预测值提取率
超声时间 ,
,气了︸
图 超声时间对黄酮提取率的影响
由图 所示 ,超声处理时间越长 ,超声波对物料
的作用越充分 ,黄酮浸出越多 ,提取率也就越高 。但
后 ,提取率增高趋于缓慢 ,可见超声波能在较
短时间内对物料进行充分提取 ,从而验证了超声波提
取具有省时的优点 。考虑到能源消耗等各方面因素 ,
适宜的超声处理时间为 。
提取次数对总黄酮得率的影响
按液固比 、乙醇体积分 数 、超声功率
、温度 ℃条件下 ,每次超声 ,考察不同
的提取次数对猫须草黄酮 提取 率的影 响 ,结果见 图
。
一
一
一
从该方程的方差分析表 可见 ,本试验选用的模
型极显著 尸 ,失拟项不显著 尸二
一 ,
0 .05 ) ,说明模 型是合适 的 。模 型 的校正决 定 系数
狱 ,说明该模型可以解释 响应值
的变化 ,相关系数尸 ,说明该模型拟合程度
良好 ,试验误差小 ,该模型是合适的 ,可以用来分析和
预测超声提取猫须草总黄酮的得率 。
表 回归模型方差分析表
变异源
模型
失拟项
纯 误差
总和
注 ,尸 。
平方和 自牛度 均力 值 尸值 显著州
卜尸
,`一了,`
及。二 示。`
从表 回归方程系数显著性检验可知 ,一次项
、 极显著 , 显著 ,二次项 ,极显著 ,交互项等其
余项均不显著 ,因此各个具体试验因素与响应值都不
是简单的线性关系 。此外 ,还可以看出各因子对总黄
酮得率影响的大小顺序为 乙醇浓度 超声温度
液固比 。
表 回归方程系数显著性检验
模型项 回归系数 自由度 标准 误差 值 值 显著性
一
一
尸护口
注 ,尸 显著 ,尸 极显著
各因素交互作用分析
通过 一 软件分析 ,将三因素分
别进行分析比较 ,作响应面曲线图和等高线图见图
一图 ,从图 、图 可 以看 出 ,在液 固比为最佳值
时 ,本试验水平范 围内 ,乙醇浓度和超声温
度两因子交互作用不显著 。黄酮得率随超声温度增
加而增加 ,随乙醇浓度增加而降低 ,当乙醇浓度 和超
声温度分别在 一 和 ℃ 一 ℃的范 围内 ,
猫须草总黄酮得率可以达到最大值 。图 、图 显
示了在超声温度为最佳值 二 ℃ 时 ,在本试验水
平范围内 ,乙醇浓度和液 固比两因子 交互作 用不显
著 。黄酮得率随液固比增加而增加 ,随乙醇浓度增加
而降低 ,且液固比增加的幅度相对较小 。当乙醇浓度
和液固比分别在 一 和 一 内 ,猫须草
总黄酮得率可以达到最大值 。图 、图 显示 了在
乙醇浓度为最佳值 时 ,在本试验水平范围
之内 ,超声温度和液 固比两因子交互作用不显著 。黄
酮得率会随着超声温度和液固比的增加而增加 ,相比
较而言 ,黄酮得率随超声温度增加较液固比显著 。当
超声温度一与液 固比分别在 ℃ 一 ℃ 和 一
的范围内 ,猫须草总黄酮得率可以达到最大值 。
总黄酮
注减
汤汉州
护、剑板握习︵巴
硬了 , 弓污」 】 亡 工 〔 了 又
乙醇休积分数 叹
图 乙醇浓度与超声温度的等高线图
最佳 条件 的确定及 验证 买验
利用 一 软 件进行岭 脊分析 ,通 过分
析得出 回归模 型存 在 最 大值 , 的 最 大估 计 值 为
,对用的参数为乙醇体积分数 、超声温度
…
圈留淞皿
汪 奋
几
态
图
《 注
乙醇浓度与超声温度的响应面图 图 超声温度与液固比的响应面图
总黄酮 下
石
城》
石【
】《 注 协
互逻七︵勺︶
汉 , 拭 瓦 以 注
〔 乙醇体积分数
图 乙醇浓度与液固比的等高线图
吸 矛︺﹂﹄︸遥枉镇
哎》」时一 — 一
结论
建立了一个以总黄酮提取率为目标值 ,以乙醇浓
度 、超声温度和液料 比为因子的数学模型 。方差分析
表明其拟合较好 。通过对回归方程的优化计算 ,得到
最佳提取工艺条件 超声温度 ℃ 、乙醇体积分数
、液料 比 。回归模 型能较好地 预测猫须 草
总黄酮化合物超声辅助提取得率 ,为开发利用猫须草
资源提供了依据 。
对所建立的数学模型做验证实验 ,在最优条件下
得到总黄酮的提取率为 ,达到回归模型预测的
提取率 的 ,说明应用 响应面法优 化
了猫须草中总黄酮超声辅助提取工艺条件 ,为进一步
的实验研究提供 了参考 。
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乙醇浓度与液固 比的响应面图
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总黄酮 《 城
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《以只》 【 以 `洲卜 试 了 找
《 超声昆度 ℃
图 超声温度与液固比的等高线图
℃ 、液 固 比 ,此 时 总 黄 酮 最 大 提 取 率 为
。为检验 响应曲面法优化结果的可靠性 ,采用
上述优化条件提取猫须草总黄酮 ,在此条件下猫须草
总黄酮实际得率的平均值 为 ,与理论 预测值
相比 ,其相对误差小于 ,因此 ,基于响应曲面法所
得 的优化提取工艺参数准确可靠 ,具有实用价值 。
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一 …
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